[發明專利]一種聚合物基3D打印電磁屏蔽制品的制備方法

在審

• 申請號: 202010118986.8
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111391305A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 陳英紅;石紹宏;荊晶晶;陳寧
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B33Y70/10;C08L67/04;C08L77/02;C08L23/06;C08L29/04;C08L55/02;C08L75/04;C08L23/12;C08K3/04
• 代理公司: 成都華復知識產權代理有限公司 51298
• 代理人: 麥邁

本發明提供一種聚合物基3D打印電磁屏蔽制品的制備方法，本發明制備方法通過定向負載電磁屏蔽用碳系填料于純聚合物顆粒表面，進而在特定擠出條件下擠出制備可3D打印的絲條，再通過熔融沉積成型3D打印技術，打印得到3D打印電磁屏蔽制品。該聚合物基3D打印電磁屏蔽制品除了滿足商用電磁屏蔽性能的標準外，其機械性能還優于由同種純聚合物所制備的相應制品；其制備方法具有3D打印材料的電磁屏蔽性能高、3D打印加工性能優的特點，同時具有3D打印特有的如可打印復雜形狀結構、個性化定制程度高等優勢特點。

技術領域

本發明涉及電磁屏蔽制品技術領域，涉及一種聚合物基3D打印電磁屏蔽制品的制備方法，尤其涉及應用于3D打印電磁屏蔽通風板。

背景技術

近年，隨電子技術的發展，電磁波污染問題日益嚴重。其不僅造成了電子電氣設備間的相互干擾，影響設備的正常運作，還會給人體健康造成一定的危害。因此，電磁波的阻隔、屏蔽材料的研發備受關注，其中作為電磁屏蔽制品應用之一的商用電磁屏蔽通風板能有效地屏蔽電磁波，保證電子設備的正常運作，同時也可防止電磁輻射危害人體健康和信息泄露。

通用的電磁屏蔽制品尤其是通風板多為金屬基材料，但其密度大、質量重、易氧化腐蝕、加工性能差。現具有復雜多孔結構的商用電磁屏蔽通風板，往往從設計到制備需要耗費大量的資源。無論模具設計，還是金屬材料的成型加工，其過程周期長、耗能高、造價昂貴、制品結構簡單，很難滿足不同電子設備的個性化需求。這很大程度上限制了金屬基電磁屏蔽通風板的應用和發展。

聚合物基材料能有效彌補金屬基材料的不足，其較金屬基材料具有質輕、價格低廉、耐腐蝕、耐候性佳等優點，因此，在電磁屏蔽領域的應用有望實現對現有金屬基材料的替代。3D打印是以數字模型為基礎，利用金屬或塑料粉體等可粘合材料通過逐層堆疊累積的方式制造制品的非傳統先進制造技術，可實現從材料到制件的一次成型，制造出傳統加工方法不能制造的復雜、精細、個性化結構制品，較傳統減材制造，具有可連續自動化加工、生產周期短、制品多尺度、多結構、個性化定制程度高等顯著優勢。因此，將具有電磁屏蔽功能的聚合物基材料與個性化定制的擠出型3D打印技術相結合，有望實現輕質、低成本、可連續化生產、滿足個性化需求的聚合物基電磁屏蔽通風板的制備，從而突破現有加工技術和條件的制約。然而，目前鮮有文獻報告通過3D打印技術制備聚合物基電磁屏蔽通風板，進而實現其在電磁屏蔽領域中的應用。

目前，商業化的適于擠出型3D打印材料多為純聚合物，例如聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、熱塑性聚氨酯彈性體、ABS樹脂、聚乙烯、聚丙烯等加工流動性較好的材料，然而此類純聚合物通常不具有功能性，無電磁屏蔽性能。因此，需要引入輕質、多功能的碳系功能填料(如石墨烯、碳納米管、足球烯、炭黑、石墨、碳纖維等)賦予聚合物特定的功能性。一般，商用電磁屏蔽材料通常電磁屏蔽性能標準需要達到20dB，即電磁波的阻隔率99％。為了達到這一標準，根據傳統的導電逾滲閾值理論，構筑強填料網絡結構需引入高含量的功能性填料。但當聚合物基材料達到商用電磁屏蔽性能標準時，往往由于填料含量過高使其加工流動性嚴重惡化，在打印過程中堵塞噴嘴，亦或根本不具備可打印性；而若需要協調3D打印流動性時，最終打印所得電磁屏蔽制品的電磁屏蔽性能無法滿足現有商用電磁屏蔽性能標準的要求。因此，現有技術對于滿足商用標準的聚合物基電磁屏蔽材料仍局限于使用模壓成型工藝，其加工制品結構簡單、不可連續化生產、生產周期長、無法滿足制品個性化定制結構、更無法賦予制品復雜的多孔結構來滿足電磁屏蔽板的通風性；同時，模壓過程中受技術本身制約，制品內部易產生缺陷，對其性能造成影響。本質上與金屬基電磁屏蔽通風板的制備過程(模具設計-澆鑄成型-精細加工)相比，無顯著的技術進步。

因此，解決現有技術亦或材料的不足，突破通過3D打印制備聚合物基電磁屏蔽制品尤其具復雜結構電磁屏蔽通風板這一質的飛越，仍面臨很大的挑戰。如何優化材料的可打印性與性能，從根本上解決材料高屏蔽性能-低打印性的矛盾，從而實現個性化定制滿足商用電磁屏蔽要求的3D打印聚合物基電磁屏蔽制品尤其是通風板的制備，是現有技術迫切需要突破的難點和重點。

發明內容